苏教通用版学年高中化学专题3常见的烃第一单元第1课时脂肪烃的类别烷烃学案苏教版选修5.docx
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苏教通用版学年高中化学专题3常见的烃第一单元第1课时脂肪烃的类别烷烃学案苏教版选修5
第1课时 脂肪烃的类别 烷烃
[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析:
从化学键的饱和性等微观角度理解脂肪烃的分类。
2.证据推理与模型认知:
能通过模型假设、证据推理等方式理解同类物质的化学性质,会书写对应的反应方程式。
一、烃及其分类
1.烃
仅由碳、氢两种元素组成的有机物。
2.烃的分类
(1)根据分子中是否含有苯环
(2)脂肪烃的分类
例1
烷烃、烯烃、炔烃的分类依据主要是( )
A.分子内所含的元素种类
B.分子内碳链长短
C.分子内碳原子间的成键方式
D.分子内碳、氢原子数的关系
答案 C
解析 脂肪烃中可根据碳原子之间的成键方式不同分为烷烃、烯烃和炔烃。
二、脂肪烃的物理性质
1.烷烃的物理性质
物理性质
变化规律
状态
当碳原子数小于或等于4时,在常温下呈气态,其他的烷烃常温下呈固态或液态(新戊烷常温下为气态)
溶解性
都难溶于水,易溶于有机溶剂
沸点
随碳原子数的增加,沸点逐渐升高。
碳原子数相同的烃,支链越多,沸点越低
相对密度
随碳原子数的增加,相对密度逐渐增大。
烷烃的密度小于水的密度
2.烯烃、炔烃的物理性质
烯烃、炔烃的物理性质与烷烃相似。
例2
(2018·大理州新世纪中学月考)下列烷烃中,沸点最高的是( )
A.2甲基丙烷B.2,2二甲基丙烷
C.正己烷D.2甲基戊烷
答案 C
解析 正己烷和2甲基戊烷的相对分子质量比2甲基丙烷、2,2二甲基丙烷大,所以正己烷和2甲基戊烷的沸点比2甲基丙烷、2,2二甲基丙烷高,己烷的同分异构体中正己烷支链最少,所以正己烷的沸点最高。
【考点】烷烃的物理性质与用途
【题点】烷烃的物理性质与递变规律
脂肪烃类熔、沸点一般较低。
其变化规律:
①组成与结构相似的物质(即同系物),相对分子质量越大,其熔、沸点越高。
②相对分子质量相近或相同的物质(如同分异构体),支链越多,其熔、沸点越低。
三、烷烃的结构特点与化学性质
1.烷烃及其结构特点
(1)烷烃
分子中的碳原子间都以单键结合成链状,剩余价键都与氢原子结合的饱和烃叫烷烃,如甲烷、丁烷等。
烷烃的通式为CnH2n+2(n≥1)。
(2)结构特点:
分子中的碳原子全部饱和,除甲烷、乙烷以外,烷烃分子中的碳原子之间呈锯齿状排列。
2.化学性质
(1)稳定性:
常温下烷烃很不活泼,与强酸、强碱、强氧化剂等都不发生反应,只有在特殊条件(如光照或高温)下才能发生某些反应。
(2)特征反应——取代反应
烷烃可与卤素单质在光照下发生取代反应生成卤代烃和卤化氢。
如乙烷与氯气反应生成一氯乙烷,化学方程式为CH3CH3+Cl2
CH3CH2Cl+HCl。
(3)氧化反应——可燃性
烷烃可在空气或氧气中完全燃烧生成CO2和H2O,燃烧的通式为CnH2n+2+
O2
nCO2+(n+1)H2O。
(4)分解反应——高温裂化或裂解
烷烃受热时会分解,生成含碳原子数较少的烷烃和烯烃,如:
C16H34
C8H16+C8H18。
例3
下列说法中正确的是( )
A.分子式为C7H16的烷烃,含有3个甲基的同分异构体有2种
B.烷烃的通式为CnH2n+2,随n值增大,碳元素的质量分数逐渐减小
C.分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃
D.异戊烷与2甲基丁烷互为同系物
答案 C
解析 分子式为C7H16的烷烃,含有3个甲基的同分异构体有3种,A项错误;烷烃的通式为CnH2n+2,碳元素的质量分数为
×100%=
×100%,则随n值增大,碳元素的质量分数逐渐增大,B项错误;异戊烷与2甲基丁烷为同一种物质,D项错误。
【考点】烷烃的组成与结构
【题点】烷烃的结构特点
分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃,碳原子数不同的烷烃一定互为同系物。
但符合通式CnHm且碳原子数不同的烃不一定互为同系物。
例4
液化气的主要成分是丙烷,下列有关丙烷的叙述不正确的是( )
A.丙烷是链状烷烃,但分子中碳原子不在同一直线上
B.在光照条件下能够与Cl2发生取代反应
C.丙烷比其同分异构体丁烷易液化
D.1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2
答案 C
解析 丙烷是直链烷烃,其中碳原子为饱和碳原子,三个碳原子构成锯齿状的链状结构,故3个碳原子不在同一直线上,A正确;丙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应,B正确;丙烷与丁烷互为同系物,C错误;1mol丙烷完全燃烧消耗5molO2,D正确。
【考点】烷烃的结构与性质综合分析
【题点】烷烃结构与性质的综合考查
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烷烃取代反应的特点
(1)一氯乙烷与乙烷相比较,碳链结构保持不变,只是乙烷分子中的一个氢原子被氯原子所取代。
(2)烷烃与卤素单质发生的取代反应不会停留在第一步,如一氯乙烷会继续与氯气反应生成二氯乙烷、三氯乙烷等。
故一氯乙烷一般不用乙烷与氯气发生取代反应制取。
(3)烷烃能与卤素单质反应,不能与卤素单质的水溶液反应。
(1)比较烷烃的熔、沸点的思路
(2)烷烃分子的结构特点:
碳原子以单键形成链状结构;烷烃的主要性质:
①取代反应(光照)、②氧化反应(点燃)、③分解反应(高温)。
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)烷烃、烯烃、炔烃和苯的同系物都属于脂肪烃( )
(2)碳原子数目小于5的烃常温下都是气体( )
(3)烷烃分子中的碳原子一定在同一条直线上( )
(4)碳原子数相同的烃,沸点相同( )
(5)相邻的两个烷烃分子组成上相差一个甲基( )
(6)烷烃分子中,所有的碳原子不可能位于同一平面( )
(7)1戊烯比2甲基1丁烯的沸点高( )
(8)乙烷在光照条件下与氯气反应,可生成9种同分异构体( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)×
2.下列物质的沸点由高到低排列顺序正确的是( )
①丁烷 ②2甲基丙烷 ③戊烷 ④2甲基丁烷⑤2,2二甲基丙烷
A.①>②>③>④>⑤B.⑤>④>③>②>①
C.③>④>⑤>①>②D.②>①>⑤>④>③
答案 C
解析 对于烷烃,碳原子数越多,沸点越高;对于碳原子数相同的烷烃,支链越多,沸点越低;因此,综合排序为③>④>⑤>①>②。
3.(2018·河口县民中月考)下列关于烷烃性质的叙述错误的是( )
A.都能使酸性KMnO4溶液褪色
B.都能燃烧
C.都不溶于水
D.都能发生取代反应
答案 A
解析 烷烃都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,A错误;烷烃都能燃烧,如果是完全燃烧生成二氧化碳和水,B正确;烷烃都不溶于水,C正确;烷烃都能发生取代反应,D正确。
【考点】烷烃的性质
【题点】烷烃的化学性质
4.下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )
A.甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1,混合发生取代反应只生成CH3Cl
B.甲烷与氯气发生取代反应,生成的产物中CH3Cl最多
C.甲烷与氯气发生取代反应,生成的产物为混合物
D.1molCH4完全生成CCl4,最多消耗2molCl2
答案 C
解析 甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步,故得不到纯净的CH3Cl,A错误、C正确;甲烷与氯气的反应中每取代1mol氢原子,消耗1mol氯气,生成1molHCl,故产物中HCl最多,B错误;1molCH4完全生成CCl4,最多消耗4molCl2,D错误。
5.在光照条件下,将1molCH4与Cl2反应,得到等物质的量的4种取代产物,则消耗Cl2的物质的量为( )
A.1molB.2molC.2.5molD.10mol
答案 C
解析 由于CH4+Cl2
CH3Cl+HCl,CH4+2Cl2
CH2Cl2+2HCl,CH4+3Cl2
CHCl3+3HCl,CH4+4Cl2
CCl4+4HCl。
1molCH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25mol,则消耗Cl2的物质的量为0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol。
6.已知烷烃A的密度是相同条件下H2密度的36倍。
(1)该烷烃A的分子式为___________________________________。
(2)写出A可能存在的结构简式:
___________________________。
(3)若A的某种同分异构体B的一氯代物只有一种。
①用系统命名法命名,B的名称为__________________________。
②B与Cl2发生反应生成一氯代物的化学方程式为___________________________。
③B燃烧的化学方程式为___________________________。
答案
(1)C5H12
(2)CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4
(3)①2,2二甲基丙烷
②C(CH3)4+Cl2
C(CH3)3CH2Cl+HCl
③C5H12+8O2
5CO2+6H2O
解析 根据A的密度是相同条件下H2密度的36倍,推知其相对分子质量为72,设分子式为CnH2n+2,求得n=5,则分子式为C5H12。
题组一 烃及脂肪烃的分类
1.下列关于烃的说法正确的是( )
A.烃是指分子里含有碳、氢元素的化合物
B.烃可以分为脂肪烃和烷烃
C.烃是指仅由碳、氢两种元素组成的化合物
D.含有双键或叁键的烃称为不饱和脂肪烃
答案 C
解析 烃是指只含C、H元素的化合物,A项错误;含双键或叁键的烃有可能是芳香烃,含双键或叁键的脂肪烃才称为不饱和脂肪烃,D项错误。
2.下列物质中属于不饱和烃的是( )
A.
B.
C.
D.
答案 B
解析 饱和烃和不饱和烃是对脂肪烃的再分类,而D属于芳香烃,不在讨论的范围之内,分子中含有碳碳双键或叁键的脂肪烃属于不饱和烃,符合要求的只有B项。
题组二 烷烃的物理性质及变化规律
3.根据以下数据推断丙烷的沸点可能是( )
物质
甲烷
乙烷
丁烷
戊烷
沸点
-162℃
-89℃
-1℃
36℃
A.约-40℃B.低于-160℃
C.低于-89℃D.高于36℃
答案 A
解析 烷烃的熔、沸点随分子中碳原子数的增加而升高,丙烷的沸点应介于乙烷和丁烷之间,答案为A。
【考点】烷烃的物理性质与用途
【题点】烷烃的物理性质及递变规律
4.在1.013×105Pa下,测得的某些烷烃的沸点见下表。
据表分析,下列说法正确的是( )
物质名称
沸点/℃
正丁烷CH3(CH2)2CH3
-0.5
正戊烷CH3(CH2)3CH3
36.1
异戊烷
27.8
新戊烷
9.5
正己烷CH3(CH2)4CH3
69.0
A.在标准状况下,新戊烷是气体
B.在1.013×105Pa、20℃时,C5H12都是液体
C.烷烃随碳原子数增加,沸点降低
D.C5H12随支链数增加,沸点降低
答案 D
解析 新戊烷的沸点是9.5℃,标准状况下是液体,20℃时是气体,A、B均错误;烷烃随碳原子数的增加,沸点升高,C错误;C5H12的三种同分异构体中,随支链数增加,沸点逐渐降低,D正确。
【考点】烷烃的物理性质与用途
【题点】烷烃的物理性质及递变规律
题组三 烷烃的结构与性质
5.下列关于烷烃的叙述中正确的是( )
A.燃烧产物一定为二氧化碳和水
B.烷烃分子中碳原子不可能在同一平面上
C.在烷烃分子中,所有的化学键都为单键
D.任何烷烃分子中碳氢原子个数之比都是相同的
答案 C
解析 烷烃中含有碳、氢元素,完全燃烧的产物为二氧化碳和水,但如果氧气不足,烷烃不完全燃烧,产物有可能为一氧化碳和水;烷烃中的乙烷2个C原子可以在同一直线上,除此之外,多碳烷烃主链是锯齿形,碳原子可能在同一平面内;烷烃属于饱和链烃,不存在不饱和键,分子中所有的化学键都为单键;烷烃的通式为CnH2n+2,C、H原子个数之比=n∶(2n+2),碳原子数不同时碳氢原子个数之比不同。
【考点】烷烃的组成与结构
【题点】烷烃的分子结构与组成
6.下列性质中不属于烷烃具有的性质的是( )
A.都溶于水
B.完全燃烧产物只有CO2和H2O
C.与卤素单质发生取代反应
D.通常不与强酸、强碱、强氧化剂反应
答案 A
解析 烷烃只由C和H两种元素组成,完全燃烧只生成二氧化碳和水;烷烃能与卤素单质发生取代反应;烷烃均难溶于水;烷烃通常不与强酸、强碱和强氧化剂反应。
【考点】烷烃的结构与性质综合分析
【题点】烷烃结构与性质的综合考查
7.下列反应中,属于取代反应的是( )
①CH3CH2CH3+Br2
CH3CH2CH2Br+HBr
②C4H10+
O2
4CO2+5H2O
③CH3COOH+CH3CH2OH
CH3COOCH2CH3+H2O
④C6H6+HNO3
C6H5NO2+H2O
A.①②B.①③④C.②③D.②④
答案 B
解析 反应①为烷烃典型特征取代反应,反应②为氧化反应,反应③为酯化反应(取代反应),反应④为硝化反应。
【考点】烷烃的化学性质
【题点】烷烃的取代反应
8.(2018·吉安市安福二中月考)下列表格中烷烃的一氯代物只有一种,仔细分析其结构和组成的变化规律,判断第4位烷烃的分子式是( )
……
1
2
3
……
A.C36H70B.C36H72C.C53H106D.C53H108
答案 D
解析 根据题意推出,第3位烷烃分子中氢原子被甲基取代,第3位氢原子个数为36,故第4位烷烃含甲基36个,含氢36×3=108,含碳(108-2)/2=53,得到第4位烷烃分子式为C53H108。
【考点】烷烃的组成与结构
【题点】烷烃的分子结构与组成
9.下列关于戊烷的说法正确的是( )
A.分子中的碳原子在一条直线上
B.其一氯代物共有8种
C.能与溴水发生取代反应
D.同分异构体有2种
答案 B
解析 烷烃中碳原子的排布呈锯齿状,C5H12分子中的五个碳原子不在一条直线上;CH3CH2CH2CH2CH3为正戊烷,有3种氢原子,
为异戊烷,有4种氢原子,
为新戊烷,有1种氢原子,其一氯代物共有8种;戊烷与溴水不反应,能与溴单质发生取代反应;戊烷有正戊烷、异戊烷、新戊烷3种同分异构体。
10.丙烷的分子结构可简写成键线式结构
,有机物A的键线式结构为
,有机物B与等物质的量的H2发生加成反应可得到有机物A。
下列有关说法错误的是( )
A.有机物A的一氯取代物只有4种
B.用系统命名法命名有机物A,名称为2,2,3三甲基戊烷
C.有机物A的分子式为C8H18
D.B的结构可能有3种,其中一种名称为3,4,4三甲基2戊烯
答案 A
解析 根据信息提示,A的结构简式为
,有5种不同化学环境的氢原子,则A的一氯取代物有5种;A是B和H2等物质的量加成后的产物,故A中相邻碳原子上有氢原子的位置都可以是双键,则B可能的结构简式有三种:
、
、
,依次命名为3,3二甲基2乙基1丁烯、3,4,4三甲基2戊烯、3,4,4三甲基1戊烯。
11.有一类组成最简单的有机硅化物叫硅烷,它的分子组成与烷烃相似,下列说法中错误的是( )
A.硅烷的分子通式可表示为SinH2n+2
B.甲硅烷的热稳定性比甲烷强
C.甲硅烷的沸点比甲烷高
D.甲硅烷(SiH4)燃烧生成SiO2和H2O
答案 B
解析 硅烷的分子组成和烷烃相似,可表示为SinH2n+2;硅的非金属性比碳弱,甲硅烷的热稳定性不如甲烷;SiH4的相对分子质量比CH4大,沸点比甲烷高;与甲烷性质对比,甲硅烷充分燃烧生成二氧化硅和水。
12.燃烧0.1mol两种气态烃的混合物,生成3.58LCO2(标准状况)和3.60gH2O,则混合气体中( )
A.一定有甲烷B.一定有乙烷
C.一定无甲烷D.一定有丙烷
答案 A
解析 生成n(CO2)=
≈0.16mol,生成n(H2O)=
=0.2mol,因此两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据混合物的平均组成可知,碳原子数小于1.6的烃只有甲烷,而另一种烃中氢原子数必为4,且碳原子数大于或等于2。
13.有A、B、C三种烃,已知:
①B完全燃烧的产物n(CO2)∶n(H2O)=2∶3。
②C为饱和链烃,通常状况下呈气态,其二氯代物有三种。
③A是B分子中的氢原子全部被C分子中的最简单的烃基取代的产物;A遇Br2的CCl4溶液不褪色,其一氯代物只有一种。
试回答下列问题:
(1)B的最简式为________,分子式为________,其二溴代物有________种。
(2)C的三种二氯代物的结构简式分别为____________、________、________。
(3)A的结构简式为____________________________________________。
答案
(1)CH3 C2H6 2
(2)
(3)
解析
(1)由B的燃烧产物可推出B分子中n(C)∶n(H)=1∶3,B的最简式为CH3,故B的分子式只能是C2H6,为乙烷,其二溴代物有两种。
(2)气态烷烃中只有异丁烷的二氯代物有三种,可推断C应为异丁烷。
(3)异丁烷中最简单的烃基为甲基,甲基取代乙烷中的所有氢原子生成2,2,3,3四甲基丁烷,其分子式为C8H18。
14.某烷烃的结构简式为CH3CH(CH3)CH(C2H5)2。
(1)该烷烃的名称是____________________。
(2)该烷烃可用不饱和烃与足量氢气反应得到。
若不饱和烃为烯烃A,则烯烃的结构简式可能有________种。
(3)有一种烷烃C与上述烷烃是同分异构体,它却不能由任何烯烃催化加氢得到。
则C的结构简式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
与氯气发生取代反应所得一氯代物有________种。
答案
(1)2甲基3乙基戊烷
(2)4
(3)
1
解析 根据烷烃命名原则,该烃最长碳链为5个碳原子,命名为2甲基3乙基戊烷。
该烷烃若由烯烃加氢而成,则凡是相邻碳原子上都有氢原子的位置均可插入双键,这样的位置有4种,
,故烯烃有4种。
烷烃C与CH3CH(CH3)CH(C2H5)2互为同分异构体,且不能由任何烯烃加氢而成,说明C与CH3CH(CH3)CH(C2H5)2含有相同的碳原子数,且C中相邻的碳原子上至少有一个碳原子上没有氢原子,故C的结构高度对称,结构简式为
。
15.(2017·河北武邑中学高二检测)在烷烃分子中的基团:
CH3—、—CH2—、
、
中的碳原子,分别称为伯、仲、叔、季碳原子,数目分别用n1、n2、n3、n4表示。
例如:
分子中,n1=6,n2=0,n3=2,n4=1。
在烷烃(除甲烷外)分子中,各种类型的原子个数之间存在着一定的关系。
试根据不同烷烃的组成和结构,分析出烷烃(除甲烷外)中各原子数的关系。
(1)烷烃分子中氢原子数为A,A与n1、n2、n3、n4的关系是:
A=________,或A=________。
(2)四种碳原子数之间的关系为n1=________。
(3)若某烷烃分子中n2=n3=n4=1,写出该分子的结构简式和键线式,并对其进行命名:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)3n1+2n2+n3 2(n1+n2+n3+n4)+2
(2)n3+2n4+2
(3)
2,2,3三甲基戊烷;
2,3,3三甲基戊烷;
2,2,4三甲基戊烷
解析
(1)因为伯、仲、叔、季碳原子结合的H原子数分别为3、2、1、0,所以根据伯、仲、叔碳原子数即可确定烷烃分子中H原子数为3n1+2n2+n3;根据烷烃的分子通式为CnH2n+2,n=n1+n2+n3+n4,即可确定烷烃分子中的H原子数为2(n1+n2+n3+n4)+2。
(2)由
(1)中H原子数的关系可得3n1+2n2+n3=2(n1+n2+n3+n4)+2,整理即得n1=n3+2n4+2。
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